Met licht kun je razendsnel informatie versturen via een glasvezelkabel. Maar informatie opslaan in de vorm van licht kan nog niet. Daardoor gaat het opslaan van gegevens traag. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) tonen aan dat dit sneller kan door met ultrakorte lichtpulsen informatie weg te schrijven in magnetische gebiedjes op een strip.
In de dataopslag die de onderzoekers demonstreren, schrijft licht informatie in een magnetisch geheugen. Het uiteindelijke doel is om met deze methode honderd tot duizend keer sneller informatie weg te schrijven dan mogelijk is met de huidige harde schijven. Bovendien is er minder elektronica nodig omdat de informatie uit het licht rechtstreeks wordt omgezet in magnetische informatie. Daardoor is de techniek energiezuinig.
Magnetisch racebaangeheugen
De hoge snelheid wordt behaald door met ultrakorte laserpulsen een magnetisch racebaangeheugen te beschrijven. De magnetische racebaan is een strip met daarin kleine magnetische gebiedjes die dienst doen als informatie-eenheidjes (bits). ‘Deze techniek is enkele jaren geleden al bedacht, maar wordt nog niet in commerciële apparaten gebruikt’, zegt TU/e-hoogleraar Bert Koopmans.
Door een elektrische stroom door de magnetische strip te sturen, schieten de bits erdoorheen; ze worden door de stroom voortgestuwd. ‘Als autootjes die allemaal achter elkaar aan over een racebaan racen’, zegt Koopmans. De racebaan dient dus als een soort schuifregister: je schrijft informatie op een bit, die schuift door en je beschrijft de volgende bit.
Voor het opslaan van informatie in deze bits wordt de magnetisatierichting gebruikt. De magnetisatie kan twee verschillende richtingen op wijzen. De informatie is een ‘1’ als de magnetische noordpool de ene kant op staat en een ‘0’ als het de andere kant op staat. Je schrijft de informatie in de bit door de magnetisatie de juiste kant op te draaien. In de racebaan die tot nu toe bekend was, gebeurde dat met een elektronische schakeling.
Slim synthetisch materiaal
Het is in theorie sneller en energiezuiniger om de magnetische bit met licht te schrijven. Maar tot nu toe bleken daar honderden laserpulsen voor nodig. Dat kost tijd. De Eindhovense doorbraak brengt daar verandering in dankzij een slim opgebouwd ferrimagnetisch materiaal dat promovendus Mark Lalieu ontwikkelde. Het materiaal bestaat uit een laagje kobalt van één nanometer (een miljoenste van een millimeter) dik en een laagje gadolinium dat dat een paar nanometer dikker is. ‘Dit synthetische materiaal functioneert goed als magnetische racebaan’, zegt Koopmans. ‘En daarnaast kunnen de magnetische bits erin met een enkele, korte lichtpuls beschreven worden.’
De onderzoekers toonden aan dat ze magnetische bits in dit materiaal konden omdraaien met een enkele puls van een femtosecondelaser. Die zendt lichtpulsjes uit van enkele femtoseconden (een biljardste van een seconde). ‘Tot onze verbazing was het bij de eerste meting raak’, zegt Koopmans.
Dit is de eerste stap naar het grootschalig, razendsnel schrijven van informatie in een magnetisch geheugen met een optisch signaal. Maar hoe zit het met het uitlezen ervan? ‘Dat blijkt een grote uitdaging bij hoge snelheden’, zegt Koopmans. ‘Uiteindelijk moet het mogelijk zijn. Maar er is nog veel onderzoek voor nodig.’
